电磁带隙和人工磁导体的研究与应用

摘要

近年来，电磁带隙结构和人工磁导体结构成为微波领域研究的热点之一，得到了学术界的广泛关注。这些结构具有容易制备而且可以有效提高射频部件的性能。本文主要研究了共面紧凑型（UC-PBG）结构构成的虚拟的磁壁以及方形贴片结构和地面蚀刻技术应用于微带贴片天线。
　　本论文首先介绍了电磁带隙结构的形成机制，即布拉格散射可以使电磁波在一定的频段范围内实现和电子带隙一样的禁带现象，并介绍了谐振条件下的人工磁导体结构在一定频段范围内可以实现同相反射并可能出现电磁带隙现象。鉴于共面紧凑（UC-PBG）结构的电磁带隙和人工磁导体特性，可以把它应用于构造虚拟的磁壁，限制电磁波的传播范围，实现TEM波导特性，两种不同的仿真方法被应用于构造虚拟磁壁。在两种不同仿真方法中，电场和磁场在波导中相似的分布情况表明了UC-PBG结构可以实现虚拟的磁壁。
　　方形贴片结构在不同入射角入射情况下具有较宽的带宽，即在一个较宽的频段范围内可以实现磁导体特性；地面蚀刻型结构在一定的频段范围内可以有效阻止电磁波的传播，实现电磁禁带现象。可以把它们结合起来应用于微带贴片天线结构中，利用地面蚀刻型结构可以有效抑制谐波，方形贴片结构提高增益，从而改善天线的性能。利用仿真软件比较了加载周期性方形贴片和地面蚀刻型圆孔的微带贴片天线和普通的微带贴片天线，可以发现性能的明显改善。仿真的结果和加工测试的加载周期性方形贴片和地面蚀刻圆孔的微带贴片天线的结果基本吻合。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.2国内外发展状况

1.3论文的主要内容

第二章 电磁带隙和人工磁导体的原理

2.1光子带隙结构

2.2电磁带隙

2.3布拉格散射

2.4高阻抗表面和AMC结构

2.5本章小节

第三章 基于人工磁导体的TEM波导

3.1虚拟电壁和虚拟磁壁的概念

3.2基于虚拟电壁和虚拟磁壁的TEM波导

3.3基于UC-PBG结构的人工磁导体的反射相位

3.4基于人工磁导体的TEM波导的场分布

3.5本章小节

第四章 电磁带隙和人工磁导体在微带天线中的应用

4.1微带贴片天线的介绍

4.2加载电磁带隙结构和人工磁导体结构的微带贴片天线

4.3基于电磁带隙和人工磁导体结构的微带贴片天线的设计

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文工作总结

5.2后续工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢